W poniższym artykule opisane zostaną kluczowe cechy przetwornika ADC pod kątem zastosowania go w multimetrze. Zwróćmy szczególną uwagę na fakt, że mówimy tutaj o dużych multimetrach biurkowych, nie o ich mniejszych, przenośnych ręcznych wersjach. Na Rysunku 1 pokazano schemat blokowy analogowej części toru akwizycji danych.
Rys.1. Schemat blokowy wejścia typowego multimetru cyfrowego.
W tego rodzaju systemie wykorzystać można rozmaite ADC, ale typowo wykorzystuje się układy o architekturze sukcesywnej aproksymacji (SAR) z uwagi na ich prędkość, rozdzielczość i poziom dopuszczalnej konfiguracji. ADC delta-sigma oferują wyższą rozdzielczość, a układy o architekturze potokowej prędkość, ale to SAR najlepiej łączy w sobie oba parametry, co pozwala na prowadzenie precyzyjnych i szybkich pomiarów. Z uwagi, że obecnie produkowane układy SAR są coraz precyzyjniejsze to coraz częściej zastępują one inne ADC w układach o wysokiej precyzji.
W dzisiejszych multimetrach stosuje się ADC o rozdzielczości co najmniej 16 bitów i częstotliwości próbkowania 100 kS/s. Wraz z zwiększaniem wymagań co do precyzji układu rosną też wymagania co do prędkości próbkowania. Wynika to z faktu, że zwiększanie precyzji zasadniczo przekłada się też na zwiększoną podatność na szum wejściowy, co częściowo kompensowane jest szybszym próbkowaniem i uśrednianiem zebranych pomiarów (oversampling) oraz wykorzystaniem cyfrowych filtrów.
Dla systemów wymagających wyższej precyzji i prędkości Texas Instruments ma do zaoferowania rodzinę SAR ADC ADS8900B, która łączy w sobie wszystkie wymagane cechy i dobre parametry zmienno- i stałoprądowe. W poniższej tabelce znajdziemy podsumowanie parametrów przedstawicieli ADC z tej rodziny:
| ADS890xB | ADS891xB | ADS892xB | |
| Rozdzielczość | 20 bitów | 18 bitów | 16 bitów |
| Prędkość | Do 1 MSPS | Do 1 MSPS | Do 1 MSPS |
| Całkowita nieliniowość (typowo) | ±1ppm | ±0.5LSB | ±0.5LSB |
| Stosunek sygnału do szumu (typowo) | 104.5dB | 102.5dB | 96.8dB |
| Całkowite zniekształcenia harmoniczne (typowo) | -125dB | -125dB | -125dB |
| Obudowa | 4 mm x 4 mm QFN | 4 mm x 4 mm QFN | 4 mm x 4 mm QFN |
Układy z omawianej rodziny, oprócz dobrych parametrów elektrycznych, wyróżniają się także zintegrowanym buforem dla napięcia referencyjnego. Rysunek 2 porównuje konstrukcję układu z i bez wbudowanego bufora napięcia referencyjnego w systemie pomiarowym.
Rys.2. Wewnętrzny vs. zewnętrzny bufor napięcia referencyjnego.
Wbudowany bufor napięcia odniesienia ma szereg zalet, głównie przekłada się on na zwiększenie precyzji - mniejsze obciążenie źródła napięcia odniesienia pozwala na poprawienie jego stabilności. Dodatkowo, integracja bufora z ADC pozwala nie tylko zminimalizować pole zajmowane przez układ pomiarowy na płytce drukowanej oraz koszt samej implementacji, ale także istotnie zmniejsza zniekształcenia w napięciu referencyjnym - wzmacniacz zintegrowany z ADC jest idealnie dopasowany do pracy z tym konkretnym przetwornikiem.
Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archive/2016/12/16/enabling-higher-performance-benchtop-test-equipment
